(57)【要約】【課題】スクリュー射出装置において、水分や残留モノマーによる粗大な気泡を含んでおらず、高強度、かつ軽量な微小発泡成形品が製造できるようにする。【解決手段】スクリュー射出装置１０は、可塑化シリンダー１１の中間部に、シリンダー内から蒸気を放出させるベント穴１１ａと、シリンダー内に所定の補強材を供給するための補強材供給穴１１ｂとが形成され、これらの穴よりも先端側に、シリンダー内に所定の超臨界流体を供給するための超臨界流体供給穴１１ｃが形成されている。【選択図】図１
0003227199.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
スクリューが内挿された可塑化シリンダーを有するスクリュー射出装置において、
前記可塑化シリンダーは、その中間部に、シリンダー内から蒸気を放出させるベント穴と、シリンダー内に所定の補強材を供給するための補強材供給穴とが形成され、これらの穴よりも先端側に、シリンダー内に所定の超臨界流体を供給するための超臨界流体供給穴が形成されていることを特徴とするスクリュー射出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスクリュー射出装置において、
前記可塑化シリンダーは、その周壁面に、誘導加熱用コイルが巻設されていることを特徴とするスクリュー射出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスクリュー射出装置において、
前記補強材供給穴に炭素繊維を供給する補強材供給装置と、
前記超臨界流体供給穴に超臨界窒素流体を供給する超臨界流体供給装置とを備えることを特徴とするスクリュー出装置。
【請求項４】
請求項３に記載のスクリュー射出装置において、
前記炭素繊維の供給量を自在に調節する補強材供給量調節装置を更に備えることを特徴とするスクリュー射出装置。
【請求項５】
請求項３に記載のスクリュー射出装置において、
前記補強材供給穴に供給されるまえの炭素繊維に通電して発熱させる熱処理装置を更に備えることを特徴とするスクリュー射出装置。
【請求項６】
請求項５に記載のスクリュー射出装置において、
前記熱処理装置によって処理されたあとの炭素繊維に所定の表面処理を施す表面処理装置を更に備えることを特徴とするスクリュー射出装置。
【請求項７】
請求項３に記載のスクリュー射出装置において、
前記補強材供給穴に供給されるまえの炭素繊維に大気圧プラズマを作用させて表面処理を施すプラズマ処理装置を更に備えることを特徴とするスクリュー射出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のスクリュー射出装置において、
前記スクリューは逆止弁機能を有した先端装置が装着されており、
前記先端装置は、
前記可塑化シリンダーの内壁面に摺接するシリンダー摺接部を有しており、
球状弁体を前後移動可能に収容する弁体収容洞が内部に形成されており、更に
前記シリンダー摺接部よりも後方の外壁面に配置された開口と、前方の外壁面に配置された開口とを連絡する流体通路が前記弁体収容洞に組み合わせて形成されており、
前記球状弁体は、前記スクリューの前記シリンダー内での移動に伴う流体からの反力を受けて前後移動して前記流体通路を開閉することを特徴とするスクリュー射出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のスクリュー射出装置に成形金型を組み合わせてなる射出成形装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、スクリュー射出装置及びそれを用いて構成される射出成形装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、射出成形品を軽量化できる技術として、発泡用ガスの超臨界流体を用いた微細発泡成形法が知られている。この方法を用いれば、内部に多数の微細発泡を含むことで軽量化された成形品が得られる。しかしこうして得られた成形品は、微細発泡を伴わない従来の成形品に比べて強度が弱くなる傾向がある。
【０００３】
これに対して、例えば次の特許文献では、補強用繊維が予め混錬された樹脂組成物を用い、その樹脂に発泡用ガスの超臨界流体を注入してから成形することで、補強用繊維を含ませない従来の成形品よりも優れた耐衝撃性を示す微細発泡成形品が得られることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１９２６３０号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで成形前の樹脂に水分や揮発性の残留モノマーが含まれていると成形品に気泡が生じる場合がある。特に微細発泡成形の場合、水分や残留モノマーによって粗大な気泡が生じるとその部分で強度が大幅に低下してしまい問題になる。従来、このような問題の対策として、樹脂ペレットを予め乾燥させることが一般的であった。しかし乾燥だけでは樹脂に含まれている水分や残留モノマーを完全に除去できず、その水分や残留モノマーが微細発泡成形品の強度に悪影響を与えていた。
【０００６】
本考案はこの問題に着目してなされたものであり、水分や残留モノマーを確実に除去し、補強用繊維と発泡用ガスと含ませた樹脂を射出することで高強度かつ軽量な微小発泡成形品が製造できるスクリュー射出装置及びそれを用いた射出成形装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本考案によるスクリュー射出装置は、スクリューが内挿された可塑化シリンダーを有し、この可塑化シリンダーは、その中間部に、シリンダー内から蒸気を放出させるベント穴と、シリンダー内に所定の補強材を供給するための補強材供給穴とが形成され、これらの穴よりも先端側に、シリンダー内に所定の超臨界流体を供給するための超臨界流体供給穴が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また本考案による射出成形装置は、前記スクリュー射出装置に成形金型を組み合わせてなる。
【考案の効果】
【０００９】
本考案では、可塑化させた樹脂からベントによって水分、残留モノマー等の不純物を除去し、その樹脂に補強用繊維と、超臨界流体とした発泡用ガスとを供給する構成としているので、水分や残留モノマーによる粗大な気泡を含んでおらず、高強度、かつ軽量な微小発泡成形品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の一例の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】一般的な物質の温度、圧力に関する相図である。
【図３】実施形態の変形例の概略構成を示す縦断面図である。
【図３Ａ】実施形態の他の変形例の概略構成を示す縦断面図である。
【図３Ｂ】実施形態の更なる変形例の概略構成を示す縦断面図である。
【図３Ｃ】実施形態の更なる変形例の概略構成を示す縦断面図である。
【図３Ｄ】（ａ）〜（ｅ）は、スクリューに装着される先端装置の具体例の側面図、縦断面図、先端側を見たときの横断面図、後方側を見たときの横断面図、及び先端装置に収容される弁体の正面図である。
【図３Ｅ】（ａ）、（ｂ）は弁体が前後移動したときの状態を説明する先端装置の具体例の側面図である。
【図３Ｆ】（ａ）は先端装置の他例の側面図、（ｂ）、（ｃ）はいずれもこの先端装置の作用を説明する横断面図である。
【図４】本考案による射出成形装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は射出成形装置の作用を時系列的に説明する一連の断面図である。
【図６】（ａ）は金型内での樹脂の進行態様を説明する簡単な断面図、（ｂ）は固化したワークの簡単な断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
図１は実施形態の一例とされる射出装置の概略構成を示す縦断面図である。
以下に詳細に説明するように、射出装置１０は、可塑化させた樹脂からベントによって水分、残留モノマー等の不純物を除去し、その樹脂に補強用繊維（補強材）Ｆと、超臨界流体とした発泡用ガスＳとを供給する構成としているので、水分や残留モノマーによる粗大な気泡を含んでおらず、高強度、かつ軽量な微小発泡成形品が製造できる。
樹脂としては、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）等が適しているが、それらに限定されることはない。
【００１２】
射出装置１０はインラインスクリュー式のものであってスクリュー１２が内挿された可塑化シリンダー１１を有する。
【００１３】
シリンダー１１は、磁性金属、例えば普通鋼等からなる筒体であり、その先端に射出ノズル１３が設けられ、後端はスクリュー１２を後方に延出させるために開放されている。またシリンダー１１は、その中間部に、シリンダー１１内から水分や残留モノマーの蒸気を放出させるベント穴１１ａと、シリンダー１１内に所定の補強用繊維Ｆを供給するための補強材供給穴１１ｂとが形成され、更にこれらの穴よりも先端側に、シリンダー１１内に発泡用ガスの超臨界流体Ｓを供給する超臨界流体供給穴１１ｃが形成されている。そしてシリンダー１１の後端部には、樹脂ペレットＰＰをシリンダー１１内に供給するための樹脂ペレット供給穴１１ｄが形成されており、その上方には樹脂ペレットＰＰを貯留させるホッパー１４が設けられている。
【００１４】
シリンダー１１は、その周壁面に誘導加熱用コイル１５が巻設されている。コイル１５に交流電流を供給する電源装置等は図示を省略している。シリンダー１１のコイル巻設部を覆うように断熱材１６が筒状に配置されている。断熱材１６の種別は特に制限されない。
シリンダー１１の誘導加熱について簡単に説明すると、コイル１５に交流電流を流し、これによってシリンダー１１の軸方向に交流磁界を生じさせる。シリンダー１１は高透磁率を呈する磁性金属で形成しているので、その磁界の大部分はシリンダー１１の壁面内を通過する。するとシリンダー１１の壁面内にはその磁界の変化を打ち消す方向、つまり周方向に渦電流が誘起される。この渦電流が生じさせるジュール熱によってシリンダー１１が加熱される。このような誘導加熱を用いれば、シリンダー１１の加熱装置がコンパクトになり効率も高くなる。
【００１５】
射出ノズル１３はシャットオフタイプであり、成形金型のノズル受部と自動整合するように概ね円錐状に形成され、その先端部に樹脂射出口１３ａが開口しており、この樹脂射出口１３ａを弁機構１３ｂによって開閉制御できるようになっている。
【００１６】
スクリュー１２は普通鋼又は各種合金からなる棒体であり、先端部を除いて略全長にわたって一連の螺旋溝が形成されている。スクリュー１２は部位毎に軸径あるいは溝形状を異ならせることで、後端から先端に向けて順番に、供給領域１２ｂ、計量領域１２ｃ、ベント領域１２ｄ、混合領域１２ｅが区分設定されている。計量領域１２ｃは、スクリュー１２の回転当たりの樹脂送り量が所定値になるようにピッチ当たりの容積が設定されている。供給領域１２ｂ、ベント領域１２ｄはピッチ当たりの容積が計量領域１２ｃよりも大きく設定されている。混合領域１２ｅは、特殊形状の突起、突条等が規則的に配列されており、シリンダー１１内に供給された補強用繊維Ｆ、超臨界流体Ｓを樹脂Ｐに一様に混合させるようになっている。
【００１７】
コイル１５に交流電流を流した状態でスクリュー１２を回動させると、ホッパー１４からシリンダー１１内の供給領域１２ｂに落下した樹脂ペレットＰＰはシリンダー１１の先端側に輸送され、計量領域１２ｃで加圧、可塑化される。可塑化された樹脂Ｐは、ベント領域１２ｄで一旦除圧される。よってこの除圧されたベント領域１２ｄにベント穴１１ａ、補強材供給穴１１ｂを配置すれば樹脂噴出現象（ベントアップ現象）が抑えられる。可塑化された樹脂Ｐは高温であるため、外部に開放されたベント穴１１ａから水分や残留モノマーの蒸気が容易に放出され、その結果、ベント穴１１ａよりも先端側では、樹脂Ｐは水分や残留モノマーが略完全に除去された高純度なものになる。その後、樹脂Ｐは補強材供給穴１１ｂから補強用繊維Ｆを混入され、更に超臨界流体供給穴１１ｃから超臨界流体Ｓを注入され、混合領域１２ｅではこれらの補強用繊維Ｆ、超臨界流体Ｓが樹脂Ｐに混錬される。
【００１８】
スクリュー１２の後端は、動力シリンダー装置１７を通じてモーター装置１８に連結されている。ここにモーター装置１８はスクリュー１２を回動させる動力源であり、動力シリンダー装置１７はスクリュー１２を前後移動させる動力源である。
【００１９】
動力シリンダー装置１７は、油圧シリンダー、電動シリンダー等で構成される。ここでは一例として油圧シリンダーの基本構造を示している。図示のＡ室、Ｂ室に与える油圧を調節することでスクリュー１２が前後移動される。スクリュー１２が前進すると、シリンダー１１の先端部に溜まっていた樹脂Ｐが射出ノズル１３から射出される。
【００２０】
一方モーター装置１８はステッピングモーター、ブラシモーター、ブラシレスモーター等のモーターユニットと動力伝達機構等で構成される。モーター装置１８がスクリュー１２を回動させると、螺旋溝の作用によって樹脂ペレットＰＰあるいは可塑化された樹脂Ｐがシリンダー１１の先端方向に輸送される。
【００２１】
補強材供給装置２０は、樹脂Ｐに混錬すべき補強用繊維Ｆを供給する要素である。シリンダー１１の補強材供給穴１１ｂに供給された補強用繊維Ｆは、樹脂Ｐに混じって自動的にシリンダー１１内に引き込まれる。そのため補強材供給装置２０は例えば図示のように補強用繊維Ｆを供給するリールの保持部、繊維糸の送りガイド等で簡単に構成できる。
【００２２】
補強用繊維Ｆとしては、炭素繊維フィラメントヤーン（長繊維）、炭素繊維トウ（数千〜数万程のフィラメントを束ねたもの）等が適しているが、これに限定されることはない。例えば他の補強用繊維として硝子繊維フィラメントを利用してもよく、炭素繊維フィラメントと硝子繊維フィラメントを混合して用いてもよい。また繊維トウが予め所定長に切断されているチョップドファイバーを用いてもよい。
【００２３】
なお補強材は繊維状のものに限られず、粒状のものも利用できる。例えば炭素、セラミック、硝子粉末等である。繊維状の補強材は主として成形品の引っ張り強度に寄与し、粒状の補強材は成形品の圧縮強度に寄与すると考えられる。
【００２４】
シリンダー内に供給された補強用繊維Ｆはベント領域１２ｄでスクリュー１２によって適切な長さに寸断される。寸断された補強用繊維Ｆは混合領域１２ｅでの混合によって樹脂Ｐに一様に分散される。
【００２５】
超臨界流体供給装置２１は、例えば窒素、二酸化炭素等の発泡用ガスを加圧し超臨界流体Ｓとして一定の流量で送り出す要素であって、タンク、ヒーター、加圧ポンプ、電磁弁等で構成される。
【００２６】
超臨界流体注入装置２２は、超臨界流体供給装置２１から超臨界流体Ｓを受け取り、その流体の圧力を調節して超臨界流体供給穴１１ｃからシリンダー１１内に定量注入する要素であって、タンク、圧力センサー、電磁弁等で構成される。
【００２７】
図２は、一般的な物質の温度、圧力に関する相図である。この相図Ｇに示すように物質には固体、液体、気体の三相がある。通常、気体を圧縮していくとある圧力で液体になる。ところがこのとき温度がある値を超えていると、どれほど圧力をかけても液体にならなくなる。このような値はその物質の臨界温度と呼ばれる。また通常、液体を加熱していくとある温度で気体になる。ところがこのとき圧力がある値を超えていると、どれほど加熱しても気体にならなくなる。このような値はその物質の臨界圧力と呼ばれる。
物質の温度、圧力がいずれも臨界温度、臨界圧力を超えているとき、物質は気体と液体の区別ができない状態の流体、すなわち超臨界流体になっている。超臨界流体は、気体の高い拡散性と液体の高い溶解性の両方を示すことが知られている。
【００２８】
発泡用ガスを超臨界流体にしてシリンダーに注入する理由は、大量のガスを注入するため高圧にする必要があり、結果的に超臨界流体になること、また気体よりも流体の方が、計量が容易であること等が挙げられる。また発泡用ガスを超臨界流体の状態でシリンダーに注入すれば、その注入直後の拡散性も向上すると考えられる。
樹脂に対する発泡用ガスの溶解度は樹脂の圧力に応じて高くなるが、超臨界流体注入装置は、発泡用ガスの注入量が飽和量よりも若干低くなるようにその注入量を制御する。そうすれば発泡用ガスが注入された樹脂を充分混合することで、発泡用ガスの気泡が混じっていない単一相の樹脂が得られる。またこの混合によって補強材が適度に切断されて樹脂に良好に分散される。そうした樹脂を金型に射出すれば、金型内での減圧によって発泡用ガスの溶解度が急激に下がって発泡用ガスが気化し、樹脂内に多数の微小な気泡が生じる。
また樹脂は成形金型に射出されたあと、その射出圧力によってキャビティー等に行き渡るのであるが、多数の微小な気泡が生じた樹脂は粘性が低下して柔らかくなるため、射出圧力を低くできる。そして射出圧力が低ければ成形金型が樹脂から受ける圧力も小さくなるので、型締力も小さくて済み、プレス装置も小型化できる。例えば広さ０．５〜１平方メートル程の樹脂パレットの場合、従来７００〜３０００トン程度の型締力が必要とされたが、これを４５０〜１０００トン程度にまで軽減できる。また樹脂の微小発泡による成形品の強度低下が補強用繊維の配合によって補われるから、成形品の強度を保ったままで重量を１〜３割程度軽量化することも可能である。
【００２９】
また本実施形態ではベントによって樹脂から水分や残留モノマーが除去されるため、樹脂ペレットを予め乾燥させておく必要がなく、成形品内に水分、残留モノマーによる粗大な気泡が発生しないから、成形品の強度低下も抑えられる。
【００３０】
図３は実施形態の変形例の概略構成を示す縦断面図である。
この変形例と図１に示した実施形態との大きな相違点は、補強用繊維Ｆの供給量を自在に調節する補強材供給量調節装置２３が設けられていることである。
【００３１】
補強材供給量調節装置２３は、回動速度を調節可能な駆動ローラーとこれに対面する従動ローラーとを組み合わせて構成してもよい。そうした場合、補強用繊維Ｆを駆動ローラーと従動ローラーとの間に挟んだ状態として駆動ローラーの回動速度を調整すれば、その回動速度に応じて補強用繊維Ｆの供給量が変化する。このような補強材供給量調節装置２３を設けることにより、例えば、シリンダー１１内に自動的に引き込まれるよりも多量の又は少量の補強用繊維Ｆを供給することが可能になり、成形品の強度が自在に調節できる。また補強材供給量調節装置２３は、フィラメントヤーンの本数（トウ）を調節するようにしてもよい。また補強材供給量調節装置２３は、補強用繊維Ｆを適切な長さに自動切断する切断手段を備え、常に一定長の補強用繊維Ｆを補強材供給穴１１ｂに供給するようにしてもよい（図示なし）。
【００３２】
またこの変形例では、ベント穴１１ａと樹脂供給穴とが１つの共通穴として形成されている。ベント穴１１ａと樹脂供給穴とを１つの共通穴として形成すれば、シリンダー１１の製造コストが抑えられるという利点がある。
他の要素は前記実施形態に共通しているので、その共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。
【００３３】
図３Ａは実施形態の他の変形例の概略構成を示す縦断面図である。前記実施形態に共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。
この変形例と前記実施形態との大きな相違点は、補強材供給穴１１ｂに供給されるまえの補強用繊維Ｆに通電して発熱させる熱処理装置２４を更に備えること、更に、熱処理装置２４によって処理されたあとの補強用繊維Ｆに所定の表面処理を施す表面処理装置２５を備えることである。
【００３４】
補強用繊維Ｆは、炭素繊維フィラメントヤーン、トウを想定している。フィラメントヤーンは太さ５〜１０μの多数の単繊維を収束した繊維束であり、トウは、更に数千〜数万のフィラメントヤーンを収束した繊維束である。これらのフィラメントヤーン、トウは、繊維束のほつれを抑える収束剤として、エポキシ系、ウレタン系、ポリアミド系等の樹脂がコーティングされている。
【００３５】
本考案における補強用繊維Ｆは、成形品の補強を目的としたものであるが、その目的のために重要なことは、射出成形時の作業性、分散性と、硬化後の樹脂との接着強度（樹脂からの引き抜きに対する抗力）である。一般に樹脂（マトリックス）と収束剤とには相性があり、相性が悪い場合、補強用繊維Ｆを混錬しても、良好な分散、樹脂との強固な接着がなされないため、充分な補強効果が得られない。したがって樹脂との相性が悪い収束剤、あるいは未知の収束剤は、補強用繊維Ｆが補強材供給穴１１ｂに供給される前に除去しておくことが望ましい。本変形例の熱処理装置２４は、補強用繊維Ｆに通電して発熱させることで、収束剤を気化、熱分解させて除去するものである。
【００３６】
熱処理装置２４は、補強用繊維Ｆに接続する電極２４ａとして所定間隔に配置された金属把持具（クリップ）等からなり、それらに直流電源又は交流電源を供給する電源装置２４ｂに接続されている。炭素繊維は導体なので電流を通じさせれば自ら発熱する。金属把持具の開閉は自動的に行ってもよい。熱処理装置２４は、電極２４ａとして金属把持具を用いれば、補強用繊維Ｆを一定長ずつ熱処理することになるが、補強用繊維Ｆとの電気的接続が確実になり、その接続部分に異常発熱等が生じ難いという利点がある。
【００３７】
表面処理装置２５は、熱処理装置２４によって処理されたあとの補強用繊維Ｆに所定の表面処理、例えば樹脂との接着性に優れた特定の収束剤あるいは薬剤をコーティングする等の処理を行うものである。表面処理装置２５の具体的な構成に特段の制限はない。例えば補強用繊維Ｆの輸送経路中に、そのような収束剤、あるいは薬剤を溜めた処理槽（図示なし）を設けて、そこで補強用繊維Ｆがその収束剤等に浸る構成としてもよい。なお表面処理装置２５には、収束剤等を供給する薬剤供給装置２５ａが接続されている。このようにして補強用繊維Ｆに、樹脂との相性がよい収束剤等を再コーディングしておけば、補強用繊維Ｆによる充分な補強効果が得られる。
【００３８】
図３Ｂは、図３Ａに示した変形例において、熱処理装置２４の構成を更に異ならせたものである。図３Ｂに示す変形例では、熱処理装置２４は、補強用繊維Ｆに接続する電極２４ａとして所定間隔に配置された金属ローラーを備えており、それらに直流電源又は交流電源を供給する電源装置２４ｂに接続されている。金属ローラーは補強用繊維Ｆの移動に従って回転することで、移動状態の補強用繊維Ｆに対する電気的接続を維持する。このような構成では、停止を含めて所望の送り速度で連続的に補強用繊維Ｆを熱処理できるので、射出装置の動作に対して特段の制御なしに追随できるという効果が得られる。
【００３９】
図３Ｃは実施形態の更なる変形例の概略構成を示す縦断面図である。
この変形例と図１に示した実施形態との大きな相違点は、補強材供給穴１１ｂに供給されるまえの補強用繊維Ｆに大気圧プラズマを作用させて表面処理を施すプラズマ処理装置２６を備えることである。
【００４０】
大気圧プラズマは近年大いに注目されている技術である。簡単に説明すると、コロナ放電、誘電体バリア放電、ＲＦ放電等によって大気圧下でプラズマ（電離ガス）を生じさせるものである。そのプラズマを用いて、例えば水素ラジカルによる酸化膜還元、物質表面の有機物等の分解除去、プラズマに各種液体、気体を混合することによる物質表面へのコーティングや官能基付与等の各種表面処理が可能である。大気圧プラズマによる処理は真空環境が不要で連続処理できるという利点がある。
【００４１】
この変形例では、大気圧プラズマによって補強用繊維Ｆにコーティングされている収束剤を除去する。更に、それと同時に、特定の収束剤をコーティング、あるいは特定の官能基を付与してもよい。なおプラズマ処理装置２６の下流側に、図３Ａで示した表面処理装置２５を設けて、補強用繊維Ｆに樹脂との接着性に優れた収束剤等を再コーティングしてもよい。
【００４２】
プラズマ処理装置２６の構成は特に限定されない。例えばプラズマ生成装置（図示なし）から導いた噴射ノズルからプラズマを噴射し、輸送中の補強用繊維Ｆに直接そのプラズマを吹き付ける構成としてもよい。あるいは補強用繊維Ｆの輸送経路中にプラズマ生成用の電極を配置し、補強用繊維Ｆの近傍でプラズマを生成する構成としてもよい。なお図示のプラズマ処理装置２６は、プラズマとすべきガスを供給するガス供給装置２６ａと、プラズマ処理装置２６内でコロナ放電、誘電体バリア放電、ＲＦ放電等を生じさせるための電源を供給する電源装置２６ｂとが接続されている。
【００４３】
ところで前記実施形態とその変形例では、スクリューの先端部に逆止弁が設けられていないが、スクリューの先端部に逆止弁機能を有した先端装置を装着すれば、射出圧力を高精度に制御できるようになる。ただし逆止弁の部分で生じがちな補強用繊維Ｆの破断を抑える工夫が必要である。
【００４４】
図３Ｄ（ａ）〜（ｅ）は、逆止弁機能を有しかつ補強用繊維Ｆの破断が抑えられる先端装置の具体例の側面図、中心軸に沿った縦断面図、先端側を見たときの横断面図、後方側を見たときの横断面図、及び先端装置に収容される球状弁体の正面図である。なお図３Ｄ（ｂ）の縦断面図は先端装置をその中心線を含む平面Ｓで切断したもの、図３Ｄ（ｃ）、（ｄ）の横断面図はいずれも先端装置をその中心線に直交する平面Ｔで切断したものである。
【００４５】
先端装置２７は、普通鋼又は各種合金からなり、先端側にテーパー部２７ａが設けられた棒状体であって、後端部にはスクリュー１２に固定するためネジ部２７ｂが形成されている。また先端装置２７は、シリンダー１１の内壁面に摺接するシリンダー摺接部２７ｃを有している。シリンダー摺接部２７ｃによってシリンダー１１は、射出前の樹脂を溜めておく先端部の空間Ｖと、樹脂を溶融、混錬する後方側の空間Ｗとが分離される。先端装置２７の内部には球状弁体２８を前後移動可能に収容する弁体収容洞２７ｄが内部に形成されている。
【００４６】
球状弁体２８は、普通鋼又は各種合金からなる球体である。そして弁体収容洞２７ｄは、球状弁体２８と略同寸の球体を中心で２分割してその間に円柱体を挟み込んだ繭形状である。このような形状とすれば球状弁体２８が弁体収容洞２７ｄの内側をスムースに前後移動することが可能になる。
【００４７】
先端装置２７のシリンダー摺接部２７ｃよりも後方の外壁面に樹脂の入口となる開口２７ｅが配置され、シリンダー摺接部２７ｃより前方側の該壁面に樹脂の出口となる開口２７ｆが配置され、これらの開口２７ｅ、２７ｆを連絡する流体通路２７ｇが弁体収容洞２７ｄに組み合わせて形成されている。流体通路２７ｇの構成は次のようである。樹脂の入口となる開口２７ｅは、球状弁体２８が後方側に移動したときに接触する弁体収容洞２７ｄの後方壁面に連通されている。その連通口２７ｈは、球状弁体２８が前方側にいるときは開放されるが、球状弁体２８が後方側に移動してくると、連通口２７ｈは球状弁体２８によって閉ざされる。
【００４８】
そして、連通口２７ｈの前方側近傍を起点とし、かつ球状弁体２８が前方側に移動したときに接触する弁体収容洞２７ｄの前方壁面の適所を終点とする樹脂案内溝２７ｉが形成されている。樹脂案内溝２７ｉは、樹脂が球状弁体２８を迂回して移動するための経路になる。
そして更に、先端装置２７のシリンダー摺接部２７ｃよりも前方の外壁面に樹脂の出口となる開口２７ｆが配置され、その開口２７ｆは、樹脂案内溝２７ｉの終点近傍の底面に連通されている。この連通口２７ｊは、樹脂案内溝２７ｉの底面にあるため、球状弁体２８が前方側、後方側のどの位置にいても常に開放されている。
【００４９】
図３Ｅ（ａ）、（ｂ）は球状弁体が前後移動したときの状態を説明する先端装置の具体例の側面図である。なおこれらの図中では灰色矢印によって樹脂Ｐの移動を示している。
球状弁体２８は、樹脂を溶融、シリンダー１１の後方側の空間Ｗにおける樹脂の圧力と、シリンダー１１の先端部の空間Ｖにおける樹脂の圧力と差によって弁体収容洞２７ｄ内を前後移動する。すなわち先端装置２７（スクリュー１２）が後退すると、シリンダー１１の後方側の空間Ｗにおける樹脂Ｐの圧力が高くなり、球状弁体２８はその樹脂Ｐから反力を受けて前方側に移動する。これにより、流体通路２７ｇは開かれた状態になる。一方先端装置２７（スクリュー１２）が前進すると、シリンダー１１の先端部の空間Ｖにおける樹脂Ｐの圧力が高くなり、球状弁体２８はその樹脂Ｐから、前記とは逆方向の反力を受けて後方側に移動する。これにより、流体通路２７ｇは閉ざされた状態になる。
【００５０】
要するに、球状弁体２８は、先端装置２７のシリンダー１１内での後退あるいは前進移動に伴う流体Ｐの反力を受けて前後移動して流体通路２７ｇが開閉する。これによって先端装置２７は逆止弁機能を発揮する。このとき球状弁体２８は外周線の部分のみが弁体収容洞２７ｄの壁面に接触した状態で前後移動し、その際に摺動しあう面積は僅かなものであるから、補強用繊維Ｆがその摺動面で破断されることも非常に少なくなる。
【００５１】
図３Ｆ（ａ）は先端装置の他例の側面図、図３Ｆ（ｂ）、（ｃ）はいずれもこの先端装置の作用を説明する横断面図である。図３Ｆ（ｂ）、（ｃ）では、灰色矢印によって樹脂Ｐの移動を示している。なお前記例と共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。
【００５２】
この先端装置２７は、弁体収容洞２７ｄの形状が前記例とは異なっている。すなわち弁体収容洞２７ｄは、球状弁体２８よりも小径の円筒部２７ｄ１と、大径の円筒部２７ｄ２とを同軸に連結させた形状であり、球状弁２８体は大径円筒部２７ｄ２に収容されている。大径円筒部２７ｄ２の内周面には、球状弁体２８のガタツキを防ぐための複数のガイド突条２７ｄ３が前後方向に形成されており、球状弁体２８はガイド突条２７ｄ３によってガイドされて大径円筒２７ｄ２部の軸線上を前後移動する。
【００５３】
シリンダー摺接部２７ｃよりも後方に設けられた開口２７ｅは、小径円筒部２７ｄ１の端部に連通されている。一方シリンダー摺接部２７ｃよりも前方に設けられた開口２７ｆは大径円筒部２７ｄ２の端部に連通されている。このとき、開口２７ｅ、２７ｆを連絡する流体通路２７ｇは、小径円筒部２７ｄ１と、大径円筒部２７ｄ２の内周面近傍（球状弁体と内周面との隙間）とで構成されることになる。また小径円筒部２７ｄ１と大径円筒部２７ｄ２と連結部分の縁は、球状弁体２８と隙間なく当接できるように面取りされている。そのためその連結部分は、球状弁体２８が後退してきたときには、その球状弁体２８によって閉鎖されることになる。
【００５４】
球状弁体２８の前後移動の仕組みは前記と同様であり、これによって流体通路２７ｇが開閉されることで先端装置２７は逆止弁機能を発揮する。また球状弁体２８はガイド突条２７ｄ３のみに接触した状態で前後移動し、その際に摺動しあう面積は僅かなものであるから、補強用繊維Ｆがその摺動面で破断されることも非常に少なくなる。更にこの例では流体通路２７ｇの通路広さが十分に確保できるので、流体をスムースに通過させられる。
【００５５】
次いで前記スクリュー射出装置に成形金型を組み合わせてなる射出成形装置について説明する。
図４はその射出成形装置の概略構成を示す縦断面図である。
【００５６】
図中、射出成形装置３０の要部として、射出装置１０を構成するシリンダー１１の一部と、成形金型３１とを示し、これらを保持するフレーム部等は図示を省略している。ここでは３プレート式の金型を採用しているが、３プレート式に限定されるわけでない。
【００５７】
成形金型３１は第１〜第３の金型３１ａ〜３１ｃで構成されている。
第１の金型３１ａは可動側取付板３２に固定されている。第２、第３の金型３１ｂ、３１ｃは、固定側取付板３３に進退可能に取り付けられている。固定側取付板３３には射出装置１０の射出ノズル１３を受けるノズル受部３３ａが形成されている。
第１の金型３１ａの表面にはキャビティー３１ｄが形成され、第２の金型３１ｂにはそのキャビティー３１ｄに収容されるコア３１ｅが形成されている。これらのキャビティー３１ｄとコア３１ｅとによって成形品のワークを成形する。
また第３の金型３１ｃにはランナー用キャビティー３１ｆが設けられている。第２の金型３１ｂの裏面と第３の金型３１ｃのランナー用キャビティー３１ｆによってランナーを形成する。ランナー用キャビティー３１ｆは細いゲートを通じてコア３１ｅの表面に繋がるとともに、スプールを通じて樹脂射出シリンダー２２の射出ノズル１３に繋がる。
また第３の金型３１ｃの裏面からコア３１ｅの表面まで突出ピン３４が貫通している。突出ピン３４は第３金型３１ｃに対して進退可能になっており、成形後のワークをコア３１ｅから押し出すことができる。
なおシリンダー１１から射出された樹脂Ｐは減圧によって発泡用ガスの微小な気泡を生じさせその気泡を成長させながらキャビティー３１ｄに広がっていく。気泡の成長のために樹脂Ｐの嵩が増していくことから、キャビティー３１ｄとランナー用キャビティー３１ｆとを連絡するゲートはワークの薄手の部分に設け、これによって樹脂Ｐがワークの薄手の部分から厚手の部分に向かって進行するようにすることが望ましいと考えられる。
【００５８】
図５（ａ）〜（ｄ）は前記射出成形装置の作用を時系列的に説明する一連の断面図である。
【００５９】
図５（ａ）では、金型３１は閉じられており、突出ピン３４は後退位置にある。またシリンダー１１の射出ノズル１３は固定側取付板３３を介して第３の金型３１ｃのランナー用キャビティー３１ｆに連通されている。この状態でシリンダー１１から溶融した樹脂Ｐが金型３１に射出注入されてワークを成形する。金型３１は樹脂注入、硬化の各工程で適切に温度制御される。射出装置１０は樹脂の射出注入後の所定時間、樹脂を保圧させる。
【００６０】
図５（ｂ）では、ワーク２の成形は完了しており、第１、第２の金型３１ａ、３１ｂ間が開かれている。またこのときシリンダー１１を後退させることで、ランナー２ａが樹脂射出シリンダー２２から分離される。このときワーク２はコア３１ｅに嵌った状態である。
【００６１】
図５（ｃ）では、突出ピン３４が前進されている。これによりワーク２はコア３１ｅから抜けた状態になり、ワーク２とランナー２ａはゲートの部分で自動的に切断分離される。ランナー２ａから分離されたワーク２はワーク取出装置４０によって金型３１から取り出される。
【００６２】
図５（ｄ）では、第２の金型３１ｂが第３の金型３１ｃから分離されている。これにより第３の金型３１ｃからランナー２ａを除去することが可能になる。
【００６３】
最後に前記射出成形装置によって製造されるワークの構造的特徴を図６（ａ）、（ｂ）に従って説明する。
【００６４】
図６（ａ）は金型３１内での樹脂Ｐの進行態様を説明する簡単な断面図である。図中、白矢印は樹脂Ｐの進行方向を示している。樹脂Ｐの進行速度は金型３１との界面部分よりも中心部分の方が速く、そのため中心部分の方に気泡Ｂが多く発生すると考えられる。
また樹脂Ｐは進行方向先端にある空間との界面から発泡用ガスを盛んに破裂、蒸発させながら進行していき、そのため気泡Ｂが少なくなった空間との界面が後からきた樹脂Ｐによって金型３１との境界方向に押しやられて新たに金型３１との界面部分を形成すると考えられる。これらの結果、樹Ｐ脂は金型３１との界面部分には僅かな気泡Ｂを含み、中心部分に多くの気泡Ｂを含んだ状態で固化されることになる。なお樹脂Ｐから金型３１内の空間に蒸発した発泡用ガスは金型３１の適所に設けられたベント部から外部に放出される。
【００６５】
図６（ｂ）は固化したワークの簡単な断面図である。ワーク２は図示のように表層部分に気泡Ｂをほとんど含まないスキン層ＳＬが形成され、厚みの中心部分に気泡Ｂを多く含むコア層ＣＬが形成された多層構造になる。補強用繊維Ｆは樹脂Ｐに均一に分散されているのであるが、スキン層ＳＬの方がコア層ＣＬよりも気泡Ｂが少なく高密度であるため、スキン層ＳＬの方がコア層ＣＬよりも補強用繊維Ｆが高密度に混じることになる。そのためスキン層ＳＬはコア層ＣＬよりも強靭になる。
このように本実施形態によれば、樹脂中に補強用繊維Ｆが分散されており、粗大気泡（５００ミクロン以上）を含まずかつ多量の微小気泡Ｂ（５〜５０ミクロン）を含んだ成形品が得られる。
【符号の説明】
【００６６】
１０          スクリュー射出装置
１１          可塑化シリンダー
１１ａ        ベント穴
１１ｂ        補強材供給穴
１１ｃ        超臨界流体供給穴
１２          スクリュー
１５          誘導加熱用コイル
２０          補強材供給装置
２１          超臨界流体供給装置
２３          補強材供給量調節装置
２４          熱処理装置
２５          表面処理装置
２６          プラズマ処理装置
２７          先端装置
２７ｃ        シリンダー摺接部
２７ｄ        弁体収容洞
２７ｅ、２７ｆ    開口
２７ｇ        流体通路
【図１】
0003227199.tif 000003
【図２】
0003227199.tif 000004
【図３】
0003227199.tif 000005
【図３Ａ】
0003227199.tif 000006
【図３Ｂ】
0003227199.tif 000007
【図３Ｃ】
0003227199.tif 000008
【図３Ｄ】
0003227199.tif 000009
【図３Ｅ】
0003227199.tif 000010
【図３Ｆ】
0003227199.tif 000011
【図４】
0003227199.tif 000012
【図５】
0003227199.tif 000013
【図６】
0003227199.tif 000014